Régulation de température d'une cuve

Figure 1 : Montage du système de régulation thermique avec affichage LCD et le module Peltier

MatéMatériel :

Connexions :

Module Peltier : 

• PôPôle + : Alimentation externe
• PôPôle - : Source du transistor 

Sonde DS1 : 

• VCC : Alimentation 5V
• GND : GND
• Signal : Broche D2 de l'Arduino 
• RéRésistance de 4,7 kΩkΩ en sésérie avec le signal

Transistor NMOS (IRF540N ou similaire) :

• Source : GND
• Drain : Circuit du module Peltier 
• Gate : Broche D12 de l'Arduino 
• Drain reliérelié àà une borne du module Peltier, l'autre borne reliéreliée au +12V de l'alimentation externe
• RéRésistance de 220 ΩΩ entre la Gate et le sortie D12

LED RGB : 

• Cathode : Commune àà GND
• Broches rouge, verte et bleue : connectéconnectées respectivement àà D10, D9 et D8 de l'Arduino, via des rérésistances de 220 ΩΩ

Ecran LCD 16x2 : 

• SCL : Broche A5 de l'Arduino
• SDA : Broche A4 de l'Arduino
• VCC : +5V de l'Arduino
• GND : GND de l'Arduino

Buzzer : 

• Buzzer : Broche D13 de l'Arduino
• RéRésistance de 100 Ω100Ω en sésérie avec le buzzer

Bouton poussoir : 

• Une broche : +5V
• RéRésistance de pull-down de 10 kΩkΩ entre la broche et GND

Construction :

Figure 12 : SchéSchéma du systèsystème de rérégulation de tempétempérature avec Arduino et module Peltier

ÉÉtape 1 : Conception et prépréparation 

La premièpremière éétape consiste àà bien comprendre le sujet et àà éétablir une liste détaillédétaillée des composants nénécessaires. Cette phase inclut éégalement l'organisation des tâtâches au sein de l'ééquipe, chaque membre se voyant attribuer des responsabilitéresponsabilités spéspécifiques. 

ÉÉtape 2 : Montage et assemblage 

La deuxièdeuxième éétape implique la réréception du matématériel et l'assemblage des composants. L'ééquipe installe le kit de refroidissement Peltier sur la cuve et relie tous les élééléments éélectroniques sur une platine d'essai. 

ÉÉtape 3 : Programmation et test 

La troisiètroisième éétape est dédiédédiée au dédéveloppement du code pour l'Arduino UNO, qui contrôcontrôle le module Peltier et rérégule la tempétempérature de la cuve. Le programme inclut l'impléimplémentation d'un rérégulateur PID pour assurer un contrôcontrôle préprécis de la tempétempérature. 

Premier codeProgramme Arduino utilisé :

Journal de bord :

07/10/2024 :

• Attribution du projet de rérégulation de la tempétempérature d'une cuve.
• Visite du FabLab pour dédécouvrir les ressources disponibles. 
• RéRéflexion sur la méméthode de rérégulation àà utiliser et prise de contact avec le groupe pour organiser la premièpremière réréunion.

11/10/2024 :

• PremièPremière réréunion Zoom entre les membres de l'ééquipe.
• Comparaison et validation de la liste finale de matématériel.

17/10/2024 :

• Rendez-vous avec la tutrice pour valider officiellement la liste de matématériel. 
• RécupéRécupération du matématériel. 
• Commande du module de Peltier, dont la livraison est préprévue pour mi-novembre.
• Prochaine éétape : Simulation du systèsystème sur Tinkercad pour tester le concept avant la mise en oeuvreœuvre physique.

03/11/2024 :

• DeuxièDeuxième réréunion Zoom entre les membres de l'ééquipe.
• Comparaison des simulations réaliséréalisées sur Tinkercad.
  
• Demande d'avis au tuteur sur le montage et le code :
   
  Lorsque nous avons présentéprésenté notre simulation àà notre tuteur, nous lui avons expliquéexpliqué que nous rencontrions un problèproblème avec les boutons poussoirs qui ne semblaient pas fonctionner. Nous lui avons demandédemandé des remarques et suggestions pour nous aider àà avancer. En réréponse, il nous a préciséprécisé que les boutons fonctionnaient correctement. Lorsqu'on appuie sur le bouton, la tension passe bien de 4,17 V àà 0 V. Cependant, il a soulignésouligné que le problèproblème venait des fonctions "delay" et du temps de simulation non réréel. Il est nénécessaire de maintenir le bouton enfoncéenfoncé pendant environ 3 àà 4 secondes pour que l'incréincrément de tempétempérature soit pris en compte. 

Figure 23 : Simulation du systèsystème sur Tinkercad

07/11/2024 :

Récupé

• Récupération du matématériel manquant que l'on avait commandé :
  • Module Peltier
  Peltier, 
  • Transistor MOSMOS, 
  Breadboard, 
  • Breadboard
  • PâPâte thermique
  thermique, 
  • Ecran LCD

  

  Figure 4 : Matériel complet prêt pour l'assemblage du projet

  21/11/2024 :

  • PremièPremière réréunion au FabLab.
  • Nous avons débutédébuté l'assemblage du montage en suivant préciséprécisément la simulation réaliséréalisée sur Tinkercard. 
  • ProblèProblème de port identifiéidentifié. 

  

  

  Figure 5 : Assemblage et câblage des composants

  12/12/2024 :

  Deuxiè

  • Deuxième réréunion au Fablab.
  
  
  • Plusieurs problèproblèmes ont étéété rencontrérencontrés lors du montage et des tests.

  • ProblèProblème avec le module Peltier :  
    Le module Peltier ne chauffait pas. Pour vévérifier si le problèproblème venait du branchement, nous avons testétesté avec un moteur, et celui-ci a fonctionnéfonctionné correctement. Nous avons conclus que le module Peltier éétait dédéfectueux et l'avons remplacéremplacé par un autre. 

  • ProblèProblème avec la sonde de tempétempérature :  
    L'éécran LCD affichait des valeurs de tempétempérature instables. Nous avons trempétrempé la sonde dans de l'eau chaude pour tester son fonctionnement, mais sans succèsuccès. La sonde semblait donc dédéfectueuse et un nouvel essai avec une sonde diffédifférente a étéété préprévu. 

  • ProblèProblème avec la carte Arduino :
    La carte Arduino initiale ne fonctionnait pas correctement. Nous avons pris la dédécision de la remplacer par une autre, ce qui a rérésolu le problèproblème et permis de continuer les tests. 

  • Problème avec l'écran LCL : Le premier éécran LCD éétait dédéfectueux et a éégalement étéété remplacéremplacé.

  Malgré

  • Malgré ces remplacements, les valeurs affichéaffichées par la sonde restaient instables. Nous avons consultéconsulté notre tuteur, qui nous a conseilléconseillé d'ajouter une rérésistance de 4,7 ΩΩ comme montrémontré dans la photo ci-dessous. 

  

  Figure 6 : Stabilisation des mesures de la sonde avec une résistance de 4,7 Ω
  Mê

  • Même aprèaprès l'ajout de la rérésistance, la tempétempérature ne se stabilise pas.
  
  
  • Nous avons envisagéenvisagé deux hypothèhypothèses possibles pour expliquer ce dysfonctionnement : 

  1. La sonde pourrait êêtre dédéfectueuse 
  2. Problèème de compatibilitécompatibilité avec la bibliothèbibliothèque Arduino utiliséutilisée : Il se pourrait qu'elle ne soit pas entièentièrement adaptéadaptée, ce qui pourrait entraîentraîner des erreurs dans la lecture des donnédonnées, nécisstantnécessitant un ajustement du code pour rérésoudre ce problèproblème. 
  • Afin de valider ces hypothèhypothèses, nous avons effectuéeffectué une nouvelle tentative en utilisant un capteur diffédifférent. Le problèproblème persistait. 
  • Prochaine éétape : RéRévision approfondie du code pour identifier et rérésoudre le problèproblème.

   

  05/01/2024 :

  • La connexion du capteur de tempétempérature a étéété vérifiévérifiée, la rérésistance de 4,7 ΩΩ devait êêtre pontépontée entre le câcâble rouge 5 V et le câcâble jaune analogique. Une fois cela fait, le capteur est ensuite connectéconnecté au côtécôté connexion numénumérique de la carte Arduino, qui dans le code révisérévisé 2.0 est «« ONE_WIRE_BUS 7 »» ou connexion numénumérique 7 en utilisant la bibliothèbibliothèque <OneWire.h>.
    
    
  • RéRévision du code :

  Le code a étéété révisérévisé et modifiémodifié pour intéintégrer la fonctionnalitéfonctionnalité PID permettant un contrôcontrôle total des valeurs constantes. Cela signifie qu'il peut dédésormais êêtre ajustéajusté pour obtenir la meilleure réréponse en fonction de nos besoins. Dans ce cas, la constante de proportionnalitéproportionnalité a étéété modifiémodifiée pour avoir une augmentation rapide de la tempétempérature, ce qui entraîentraîne inéinévitablement un dédépassement. Donc, pour garantir une performance optimale, les constantes intéintégrale et diffédifférentielle doivent êêtre modifiémodifiées en conséconséquence.
  PID Controller V2.0 permet éégalement l'activation ou la dédésactivation de la pompe de mémélange tout en réréduisant le dédécalage d'entréentrée entre toute pression sur un bouton et le temps de réréponse de l'éécran.
  Enfin dans cette rérévision, l'instruction anti-rebond a étéété dédéfinie pour ééviter toute pression accidentelle sur un bouton.

  Ainsi voici le programme qui fonctionne : 

  

  
  

  • Optimisation des connexions et améamélioration de l'ergonomie
    Dans la nouvelle rérévision du matématériel, les connexions ont étéété réréduites et réordonnéréordonnées pour ééviter les dédébranchements accidentels. Cette refonte simplifie éégalement le transport du projet et améaméliore l'expéexpérience de l'utilisateur en rendant le systèsystème plus accessible et facile àà manipuler. 

  
  

  Figure 7 : Refonte du matériel : Simplification des connexions et amélioration de l'accessibilité

  • Evolutions futures
    De nouvelles fonctionnalitéfonctionnalités sont en cours d'éélaboration, tant sur le plan logiciel que matématériel. Parmi les améaméliorations préprévues, nous avons l'ajout de boutons de dédéclenchement supplésupplémentaires permettant une ééventuelle modification de la constante PID en temps réréel. Une autre améamélioration envisagéenvisagée serait l'ajout d'un ventilateur de refroidissement pour accéléaccélérer le processus de refroidissement de l'eau chaufféchauffée en cas de besoin. Enfin, il est préprévu d'utiliser le côtécôté refroidissement du module Peltier pour refroidir un dissipateur thermique àà eau connectéconnecté, afin de faciliter un refroidissement plus rapide de l'eau. 

  

  Figure 8 : Nouvelle simulation du système sur Tinkercad avec les nouvelles fonctionnalités

  Voici une vidévidéo illustrant les rérésultats obtenus aprèaprès les dernièdernières modifications. GrâGrâce aux ajustements effectuéeffectués et au code développédéveloppé, notre systèsystème de rérégulation fonctionne dédésormais de manièmanière optimale. 
  Cette dédémonstration met en avant l'efficacitéefficacité du systèsystème mis en place.

  
  

  24/01/2024 :

  • Au cours de nos diffédifférents tests, la pompe a cessécessé de fonctionner, ce qui nous a conduits àà en récupérécupérer une nouvelle. ÀÀ ce jour, le seul problèproblème identifiéidentifié reste celui de la pompe.
  • Nous avons fixéfixé un rendez-vous le lundi 27 janvier afin de préprésenter notre expéexpérience.
  • Par ailleurs, nous avons décidédécidé d’intéd’intégrer un QR code àà notre projet, permettant aux futurs éétudiants d’accéd’accéder facilement àà notre page Wiki.

  27/01/2024 : 

  • RécupéRécupération du Module Peltier car lors de la finalisation de notre projet, nous avons rencontrérencontré un impréimprévu le matin mêmême : notre module Peltier initial a cessécessé de fonctionner. Afin de garantir le bon dédéroulement de la préprésentation, nous avons rapidement récupérérécupéré un nouveau module de remplacement, identique au précéprécédent, et l’l’avons intégréintégré au montage final. 
    
  • Impression au laser du QR code qui sera fixéfixé sur le support contenant les informations cléclés du projet : nom, préprénom, titre du projet et autres dédétails pertinents. Cette finition apportera une touche professionnelle et facilitera l’accèl’accès rapide àà des ressources complécomplémentaires ou àà la documentation du projet via le QR code.
  • Montage complet des composants sur le support rigide au Fablab, permettant une fixation sécurisésécurisée et une préprésentation soignésoignée. Ce support intéintégrera tous les élééléments nénécessaires, tels que la carte Arduino, le module Peltier, le capteur de tempétempérature, l’él’écran LCD et les boutons poussoirs, organiséorganisés de manièmanière fonctionnelle. 

  

  Figure 9 : Montage des composants sur le support

  • PhotoMontage finalefinal de notre projet :avant la présentation. 

  

  Figure 10 : Montage final de notre projet de régulation de la température d'une cuve

  Dans cette vidéo, nous démontrons le fonctionnement du système de régulation de température à l'aide d'un module Peltier et d'une LED RGB. Nous expliquons comment la couleur de la LED change en fonction de la température mesurée par la sonde, offrant ainsi une visualisation intuitive du processus de régulation.

  • Rouge : La LED passe au rouge lorsque la température mesurée est inférieure à la température cible. Cela indique que le système doit chauffer pour atteindre la consigne.

  • Vert : La LED devient verte lorsque la température est stabilisée à la consigne, ce qui signifie que le système maintient la température idéale.

  • Bleu : Si la température dépasse la consigne, la LED devient bleue, signalant que le système doit refroidir pour ajuster la température.

  Cette fonctionnalité permet de suivre en temps réel l’état du système et garantit une régulation thermique précise et visuellement compréhensible. Dans la vidéo, nous mettons en évidence ces transitions de couleur en fonction des ajustements de la température cible, illustrant ainsi l’efficacité du système mis en place.

   

   

   

  Conclusion  :

  Ce projet nous a permis d’d’appliquer nos connaissances théthéoriques en les transformant en une réréalisation pratique fonctionnelle. MalgréMalgré les dédéfis rencontrérencontrés, comme le remplacement du module Peltier en dernièdernière minute, nous avons su faire preuve d’adaptabilitéd’adaptabilité et de rigueur. Le montage final rérépond aux objectifs fixéfixés, permettant un contrôcontrôle efficace de la tempétempérature grâgrâce àà l’l’Arduino et aux diffédifférents composants intégréintégrés. Ce projet nous a éégalement permis de renforcer nos compécompétences en éélectronique, en programmation, et en gestion de projet. Il repréreprésente une éétape importante dans notre apprentissage tout en ouvrant la voie àà des améaméliorations futures.